E.31. ltcrypto

E.31. ltcrypto
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E.31.1. 通用哈希函数
E.31.2. 密码哈希函数
E.31.3. PGP Encryption Functions
E.31.4. 原始加密函数
E.31.5. 随机数据函数
E.31.6. 注释

ltcrypto 模块为 LightDB 提供了加密功能。

该模块被认为是“trusted”（可信任的），也就是说，它可以被非超级用户安装，只要他们在当前数据库上具有“CREATE”特权。

E.31.1. 通用哈希函数

E.31.1.1. `digest()`

                digest(data text, type text) returns bytea
                digest(data bytea, type text) returns bytea

计算给定的data的二进制哈希值。 type是要使用的算法。标准算法有md5、sha1、sha224、sha256、sha384和sha512。如果使用 GmSSL 编译了 ltcrypto，则可以使用更多算法，详见 Table E.47。

如果您想将哈希值作为十六进制字符串返回，请对结果使用encode()函数。例如：

CREATE OR REPLACE FUNCTION sha1(bytea) returns text AS $$
    SELECT encode(digest($1, 'sha1'), 'hex')
$$ LANGUAGE SQL STRICT IMMUTABLE;

E.31.1.2. `hmac()`

                hmac(data text, key text, type text) returns bytea
                hmac(data bytea, key bytea, type text) returns bytea

计算带有密钥key的data的哈希MAC。 type与 digest()中的一致。

这类似于digest()，但只有知道密钥才能重新计算哈希值。这可以防止有人篡改数据并更改哈希值以匹配。

如果密钥大于哈希块大小，它将首先被哈希，然后使用哈希结果作为密钥。

E.31.2. 密码哈希函数

函数crypt()和gen_salt()专门用于哈希密码。 crypt()用于哈希，gen_salt()用于准备算法参数。

crypt()中的算法与通常的MD5或SHA1哈希算法有以下区别：

它们不够快。由于数据量很小，这是使暴力破解密码变得困难的唯一方法。
它们使用一个随机值，称为salt，以便具有相同密码的用户将具有不同的加密密码。这也是对抗反向算法的额外防御措施。
它们在结果中包含算法类型，因此可以共存使用使用不同算法哈希的密码。
其中一些是适应性的，这意味着当计算机变得更快时，可以调整算法使其变慢，而不会与现有密码不兼容。

Table E.44列出了crypt()函数支持的算法。

Table E.44. crypt()支持的算法

算法	最大密码长度	适应性?	盐位数	输出长度	描述
`bf`	72	yes	128	60	基于Blowfish的，2a变体
`md5`	无限制	否	48	34	基于MD5的crypt
`xdes`	8	yes	24	20	扩展DES
`des`	8	否	12	13	原始UNIX crypt

E.31.2.1. `crypt()`

                crypt(password text, salt text) 返回 text

计算password的crypt(3)格式哈希值。当存储新密码时，需要使用gen_salt()生成新的salt值。要检查密码，请将存储的哈希值作为salt传递，并测试结果是否与存储的值匹配。

设置新密码的示例：

UPDATE ... SET pswhash = crypt('new password', gen_salt('md5'));

验证的示例：

SELECT (pswhash = crypt('entered password', pswhash)) AS pswmatch FROM ... ;

如果输入的密码正确，则返回true。

E.31.2.2. `gen_salt()`

                gen_salt(type text [, iter_count integer ]) 返回 text

为crypt()生成一个新的随机盐字符串。盐字符串还告诉crypt()使用哪个算法。

type参数指定哈希算法。接受的类型包括：des，xdes，md5和bf。

iter_count参数允许用户指定迭代次数（对于具有迭代次数的算法）。迭代次数越高，哈希密码所需的时间就越长，因此破解密码所需的时间也越长。但是，如果迭代次数过高，计算哈希值所需的时间可能会长达数年，这在实际中是不可行的。如果省略iter_count参数，则使用默认的迭代次数。 iter_count参数的允许值取决于算法，并在 Table E.45中显示。

Table E.45. crypt()的迭代次数

算法	默认值	最小值	最大值
`xdes`	725	1	16777215
`bf`	6	4	31

对于xdes，还有一个额外的限制，即迭代次数必须是奇数。

为了选择适当的迭代次数，请考虑原始的DES crypt是为每秒4个哈希值的硬件设计的。每秒慢于4个哈希值可能会降低可用性。每秒快于100个哈希值可能太快了。

Table E.46提供了不同哈希算法相对较慢的概述。该表格显示了尝试在8个字符密码中所有字符组合所需的时间，假设密码仅包含小写字母，或大写和小写字母和数字。在crypt-bf条目中，斜杠后面的数字是gen_salt的iter_count参数。

Table E.46. 哈希算法速度

算法	哈希值/秒	对于`[a-z]`	对于`[A-Za-z0-9]`	相对于`md5 hash`的持续时间
`crypt-bf/8`	1792	4年	3927年	100k
`crypt-bf/7`	3648	2年	1929年	50k
`crypt-bf/6`	7168	1年	982年	25k
`crypt-bf/5`	13504	188 天	521 年	12.5k
`crypt-md5`	171584	15 天	41 年	1k
`crypt-des`	23221568	157.5 分钟	108 天	7
`sha1`	37774272	90 分钟	68 天	4
`md5` (哈希)	150085504	22.5 分钟	17 天	1

注意事项：

使用的计算机是一台英特尔移动版Core i3。
crypt-des 和 crypt-md5 算法的编号来源于John the Ripper v1.6.38的“-test”输出。
md5 哈希编号来自于mdcrack 1.2。
sha1 的编号来自于lcrack-20031130-beta。
crypt-bf 的编号是使用一个简单的程序，循环遍历1000个8个字符的密码获得的。这样可以显示不同迭代次数的速度。供参考：john -test 显示 crypt-bf/5 的循环速度为每秒 13506 次。(结果的微小差异符合 ltcrypto 中的 crypt-bf 实现与 John the Ripper 中使用的实现相同的事实。)

请注意，“尝试所有组合”并不是一项现实的任务。通常密码破解是通过使用包含常规单词和各种变形的字典来完成的。因此，即使是类似单词的密码也可能比上述数字快得多被破解，而一个6个字符的不像单词的密码可能会逃脱破解。也可能不会。

E.31.3. PGP Encryption Functions

这里的函数实现了OpenPGP(RFC 4880)标准的加密部分。支持对称密钥和公钥加密。

加密的PGP消息由两个部分或数据包(packets)组成：

包含会话密钥的数据包 — 可以是对称密钥或公钥加密。
包含使用会话密钥加密的数据的数据包。

使用对称密钥（即密码）进行加密时：

给定的密码使用String2Key (S2K)算法进行哈希。这与crypt() 算法非常相似，目的是缓慢处理并带有随机盐，但它会生成一个完整长度的二进制密钥。
如果请求一个单独的会话密钥，将生成一个新的随机密钥。否则，S2K密钥将直接用作会话密钥。
如果要直接使用S2K密钥，则会将仅S2K设置放入会话密钥数据包中。否则，会话密钥将使用S2K密钥进行加密，并放入会话密钥数据包中。

使用公钥加密时：

生成一个新的随机会话密钥。
使用公钥对其进行加密，并将其放入会话密钥数据包中。

在任何一种情况下，要加密的数据都按以下方式处理：

可选的数据处理：压缩、转换为UTF-8和/或换行符的转换。
数据前缀有一段随机字节块。这相当于使用随机IV。
附加随机前缀和数据的SHA1哈希值。
所有这些都使用会话密钥加密，并放入数据包中。

E.31.3.1. `pgp_sym_encrypt()`

                pgp_sym_encrypt(data text, psw text [, options text ]) 返回 bytea
                pgp_sym_encrypt_bytea(data bytea, psw text [, options text ]) 返回 bytea

使用对称PGP密钥psw加密data。参数options可以包含选项设置，如下所述。

E.31.3.2. `pgp_sym_decrypt()`

                pgp_sym_decrypt(msg bytea, psw text [, options text ]) 返回 text
                pgp_sym_decrypt_bytea(msg bytea, psw text [, options text ]) 返回 bytea

解密对称密钥加密的 PGP 消息。

使用 pgp_sym_decrypt 解密 bytea 数据是被禁止的。这是为了避免输出无效的字符数据。使用 pgp_sym_decrypt_bytea 解密原始文本数据是可以的。

options 参数可以包含以下描述的选项设置。

E.31.3.3. `pgp_pub_encrypt()`

                pgp_pub_encrypt(data text, key bytea [, options text ]) 返回 bytea
                pgp_pub_encrypt_bytea(data bytea, key bytea [, options text ]) 返回 bytea

使用公共 PGP 密钥 key 加密 data。给予此函数一个私钥将会产生错误。

options 参数可以包含以下描述的选项设置。

E.31.3.4. `pgp_pub_decrypt()`

                pgp_pub_decrypt(msg bytea, key bytea [, psw text [, options text ]]) 返回 text
                pgp_pub_decrypt_bytea(msg bytea, key bytea [, psw text [, options text ]]) 返回 bytea

解密一个公钥加密的消息。 key 必须是用于加密的公钥对应的私钥。如果私钥受到密码保护，则必须在 psw 中提供密码。如果没有密码，但您想指定选项，则需要提供空密码。

使用 pgp_pub_decrypt 解密 bytea 数据是被禁止的。这是为了避免输出无效的字符数据。使用 pgp_pub_decrypt_bytea 解密原始文本数据是可以的。

options 参数可以包含以下描述的选项设置。

E.31.3.5. `pgp_key_id()`

                pgp_key_id(bytea) 返回 text

pgp_key_id 提取 PGP 公钥或私钥的密钥 ID。如果给定加密消息，则提供用于加密数据的密钥 ID。

它可以返回两个特殊的密钥 ID：

SYMKEY
该消息使用对称密钥加密。
ANYKEY
消息是使用公钥加密的，但密钥 ID 已被删除。这意味着您需要尝试所有的私钥才能看到哪一个可以解密它。ltcrypto 本身不会产生这样的消息。

请注意，不同的密钥可能具有相同的 ID。这是罕见但正常的事件。客户端应用程序应尝试使用每个密钥进行解密，以查看哪个适合 — 就像处理 ANYKEY 一样。

E.31.3.6. `armor()`, `dearmor()`

                armor(data bytea [ , keys text[], values text[] ]) 返回 text
                dearmor(data text) 返回 bytea

这些函数将二进制数据封装/解封为 PGP ASCII-armor 格式，这基本上是带有 CRC 和附加格式的 Base64。

如果指定了 keys 和 values 数组，则为每个键/值对向装甲格式添加一个 armor header。两个数组必须是单维数组，并且它们的长度必须相同。键和值不能包含任何非 ASCII 字符。

E.31.3.7. `pgp_armor_headers`

                pgp_armor_headers(data text, key out text, value out text) 返回 setof record

pgp_armor_headers() 从 data 中提取装甲头。返回值是具有两个列（键和值）的行集。如果键或值包含任何非 ASCII 字符，则将其视为 UTF-8。

E.31.3.8. PGP 函数的选项

选项的命名方式类似于 GnuPG。选项的值应在等号后给出；用逗号将选项分开。例如：

pgp_sym_encrypt(data, psw, 'compress-algo=1, cipher-algo=aes256')

除了 convert-crlf 之外的所有选项都仅适用于加密函数。解密函数从 PGP 数据获取参数。

最有趣的选项可能是 compress-algo 和 unicode-mode。其余选项应具有合理的默认值。

E.31.3.8.1. cipher-algo

使用哪种密码算法。

                    Values: bf, aes128, aes192, aes256 (仅 OpenSSL: 3des,
                    cast5)
                    Default: aes128
                    Applies to: pgp_sym_encrypt, pgp_pub_encrypt

E.31.3.8.2. compress-algo

使用哪种压缩算法。仅在使用 zlib 构建 LightDB 时可用。

                    Values:
                    0 - 不压缩
                    1 - ZIP 压缩
                    2 - ZLIB 压缩（= ZIP 加上元数据和块 CRC）
                    Default: 0
                    Applies to: pgp_sym_encrypt, pgp_pub_encrypt

E.31.3.8.3. compress-level

压缩程度。较高的级别可以压缩更小的数据，但速度较慢。0 禁用压缩。

                    Values: 0, 1-9
                    Default: 6
                    Applies to: pgp_sym_encrypt, pgp_pub_encrypt

E.31.3.8.4. convert-crlf

在加密时是否将 \n 转换为 \r\n，在解密时将 \r\n 转换为 \n。RFC 4880 指定文本数据应使用 \r\n 换行符进行存储。使用此选项可以获得完全符合 RFC 的行为。

                    Values: 0, 1
                    Default: 0
                    Applies to: pgp_sym_encrypt, pgp_pub_encrypt, pgp_sym_decrypt, pgp_pub_decrypt

E.31.3.8.5. disable-mdc

不使用 SHA-1 保护数据。使用此选项的唯一好处是实现与古老的 PGP 产品的兼容性，这些产品早于在 RFC 4880 中添加 SHA-1 保护数据包。最近的 gnupg.org 和 pgp.com 软件都可以很好地支持它。

                    Values: 0, 1
                    Default: 0
                    Applies to: pgp_sym_encrypt, pgp_pub_encrypt

E.31.3.8.6. sess-key

使用单独的会话密钥。公钥加密总是使用单独的会话密钥；此选项用于对称密钥加密，默认情况下直接使用 S2K 密钥。

                    Values: 0, 1
                    Default: 0
                    Applies to: pgp_sym_encrypt

E.31.3.8.7. s2k-mode

使用哪种 S2K 算法。

                    Values:
                    0 - 不使用盐。危险！
                    1 - 使用盐但使用固定的迭代次数。
                    3 - 可变的迭代次数。
                    Default: 3
                    Applies to: pgp_sym_encrypt

E.31.3.8.8. s2k-count

使用 S2K 算法的迭代次数。它必须是介于 1024 和 65011712 之间的值，包括这两个值。

                    Default: 介于 65536 和 253952 之间的随机值
                    Applies to: 仅在 s2k-mode=3 时适用于 pgp_sym_encrypt

E.31.3.8.9. s2k-digest-algo

在 S2K 计算中使用哪种摘要算法。

                    Values: md5, sha1
                    Default: sha1
                    Applies to: pgp_sym_encrypt

E.31.3.8.10. s2k-cipher-algo

用于加密单独会话密钥的密码算法。

                    Values: bf, aes, aes128, aes192, aes256
                    Default: 使用 cipher-algo
                    Applies to: pgp_sym_encrypt

E.31.3.8.11. unicode-mode

是否将数据库内部编码的文本数据转换为 UTF-8 编码并转换回来。如果您的数据库已经是 UTF-8，则不会进行转换，但是消息将被标记为 UTF-8。如果没有此选项，则不会进行标记。

                    Values: 0, 1
                    Default: 0
                    Applies to: pgp_sym_encrypt, pgp_pub_encrypt

E.31.3.9. 使用 GnuPG 生成 PGP 密钥

生成新密钥：

gpg --gen-key

首选密钥类型为 “DSA 和 Elgamal”。

对于 RSA 加密，您必须创建 DSA 或 RSA 仅签名密钥作为主密钥，然后使用 gpg --edit-key 添加 RSA 加密子密钥。

列出密钥：

gpg --list-secret-keys

以 ASCII-armor 格式导出公钥：

gpg -a --export KEYID > public.key

以 ASCII-armor 格式导出秘密密钥：

gpg -a --export-secret-keys KEYID > secret.key

在将这些密钥提供给 PGP 函数之前，您需要使用 dearmor() 对其进行转换。或者，如果您可以处理二进制数据，则可以从命令中删除 -a。

有关更多详细信息，请参见 man gpg，GNU 隐私手册和其他文档 https://www.gnupg.org/。

E.31.3.10. PGP 代码的限制

没有签名支持。这也意味着不会检查加密子密钥是否属于主密钥。
不支持以加密密钥作为主密钥。由于通常不鼓励这种做法，因此这不应该是一个问题。
不支持多个子密钥。这可能看起来像是一个问题，因为这是常见的做法。另一方面，您不应该使用您的常规 GPG/PGP 密钥与 ltcrypto，而是要创建新的密钥，因为使用场景是非常不同的。

E.31.4. 原始加密函数

这些函数仅在数据上运行密码算法；它们没有 PGP 加密的任何高级功能。因此，它们存在一些重大问题：

它们直接使用用户密钥作为密码密钥。
它们不提供任何完整性检查，无法查看加密数据是否已被修改。
它们期望用户自己管理所有加密参数，甚至是初始向量（IV）。
它们不处理文本。

因此，随着 PGP 加密的引入，不鼓励使用原始加密函数。

            encrypt(data bytea, key bytea, type text) returns bytea
            decrypt(data bytea, key bytea, type text) returns bytea

            encrypt_iv(data bytea, key bytea, iv bytea, type text) returns bytea
            decrypt_iv(data bytea, key bytea, iv bytea, type text) returns bytea

使用 type 指定的密码算法加密/解密数据。 type 字符串的语法为：

其中 algorithm 是以下之一：

bf — Blowfish
aes — AES (Rijndael-128、-192 或 -256)

而 mode 是以下之一：

cbc — 下一个块依赖于前一个块（默认）
ecb — 每个块都单独加密（仅用于测试）

而 padding 是以下之一：

pkcs — 数据可以是任意长度（默认）
none — 数据必须是密码块大小的倍数

因此，例如，这些是等价的：

encrypt(data, 'fooz', 'bf')
encrypt(data, 'fooz', 'bf-cbc/pad:pkcs')

在 encrypt_iv 和 decrypt_iv 中，iv 参数是 CBC 模式的初始值；对于 ECB，它将被忽略。如果不完全是块大小，则它将被剪切或填充为零。在没有此参数的函数中，默认值为全零。

E.31.5. 随机数据函数

            gen_random_bytes(count integer) 返回 bytea

返回 count 个具有密码学强度的随机字节。一次最多可以提取 1024 个字节。这是为了避免耗尽随机数生成器池。

            gen_random_uuid() 返回 uuid

返回版本 4（随机）UUID。（已过时，此函数现在也包含在核心 LightDB 中。）

E.31.6. 注释

E.31.6.1. 配置

ltcrypto 根据主LightDB configure脚本的结果来进行配置。影响它的选项有 --with-zlib 和 --with-openssl。

当使用zlib编译时，PGP加密函数可以在加密之前压缩数据。

当使用GmSSL编译时，将会有更多的算法可用。同时，由于GmSSL拥有更优化的BIGNUM函数，公钥加密函数将会更快。

Table E.47. 使用和不使用GmSSL的功能概述

功能	内置	使用GmSSL
MD5	是	是
SHA1	是	是
SHA224/256/384/512	是	是
其他摘要算法	否	是（注1）
Blowfish	是	是
AES	是	是
DES/3DES/CAST5	否	是
原始加密	是	是
PGP对称加密	是	是
PGP公钥加密	是	是

注意：

GmSSL支持的任何摘要算法都会自动被使用。这对于密码算法来说并不适用，它需要显式地被支持。

E.31.6.2. NULL值处理

正如在SQL中的标准操作，如果任何一个参数为NULL，所有函数都会返回NULL。这可能会在不小心使用时造成安全风险。

E.31.6.3. 安全限制

所有 ltcrypto 函数在数据库服务器内运行。这意味着所有数据和密码在 ltcrypto 和客户端应用程序之间以明文形式传输。因此，您必须：

本地连接或使用SSL连接。
信任系统和数据库管理员。

如果您不能，那么最好在客户端应用程序内部进行加密。

该实现不抵御侧信道攻击。例如，ltcrypto 解密函数完成所需的时间在给定大小的密文之间会变化。

E.31.6.4. 有用的阅读材料

http://gmssl.org/docs/docindex.html
GmSSL reference manual

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E.31. ltcrypto

E.31.1. 通用哈希函数

E.31.1.1. digest()

E.31.1.2. hmac()

E.31.2. 密码哈希函数

E.31.2.1. crypt()

E.31.2.2. gen_salt()

E.31.3. PGP Encryption Functions

E.31.3.1. pgp_sym_encrypt()

E.31.3.2. pgp_sym_decrypt()

E.31.3.3. pgp_pub_encrypt()

E.31.3.4. pgp_pub_decrypt()

E.31.3.5. pgp_key_id()

E.31.3.6. armor(), dearmor()

E.31.3.7. pgp_armor_headers

E.31.3.8. PGP 函数的选项

E.31.3.8.1. cipher-algo

E.31.3.8.2. compress-algo

E.31.3.8.3. compress-level

E.31.3.8.4. convert-crlf

E.31.3.8.5. disable-mdc

E.31.3.8.6. sess-key

E.31.3.8.7. s2k-mode

E.31.3.8.8. s2k-count

E.31.3.8.9. s2k-digest-algo

E.31.3.8.10. s2k-cipher-algo

E.31.3.8.11. unicode-mode

E.31.3.9. 使用 GnuPG 生成 PGP 密钥

E.31.3.10. PGP 代码的限制

E.31.4. 原始加密函数

E.31.5. 随机数据函数

E.31.6. 注释

E.31.6.1. 配置

E.31.6.2. NULL值处理

E.31.6.3. 安全限制

E.31.6.4. 有用的阅读材料

E.31.1.1. `digest()`

E.31.1.2. `hmac()`

E.31.2.1. `crypt()`

E.31.2.2. `gen_salt()`

E.31.3.1. `pgp_sym_encrypt()`

E.31.3.2. `pgp_sym_decrypt()`

E.31.3.3. `pgp_pub_encrypt()`

E.31.3.4. `pgp_pub_decrypt()`

E.31.3.5. `pgp_key_id()`

E.31.3.6. `armor()`, `dearmor()`

E.31.3.7. `pgp_armor_headers`